[发明专利]使用由内向外跟踪的电磁场畸变校正

说明书

磁跟踪设备被配置为通过接收针对环境中的磁跟踪设备的位置的非磁信号的测量和磁信号的对应测量来跟踪环境中的对象。磁跟踪设备基于非磁信号的测量来针对该位置估计在环境中的磁跟踪设备的非磁姿态。该设备基于磁信号的测量来针对该位置估计在环境中的磁跟踪设备的磁姿态。该设备确定针对该位置的磁姿态估计与非磁姿态估计之间的差异。该设备基于该差异来确定针对该位置的磁畸变校正值。磁跟踪设备生成包括畸变值的畸变校正模型，并且输出畸变校正模型的表示。

技术领域

本公开涉及跟踪磁场中的一个或多个对象，具体地涉及一种用于使用电磁(EM)信号跟踪手术器械的系统。

背景技术

电磁跟踪(EMT)系统用于辅助在医疗程序中了解器械和解剖的位置。这样的系统可以基于发射的磁场的测量到的场线来确定接收机的定位。

发明内容

电磁跟踪(EMT)系统(也称为磁跟踪系统)可以用于跟踪用于多个应用(例如，用于在内窥镜手术或其他类型的手术期间使用的医疗应用)的设备。EMT系统(也称为磁跟踪系统)包括至少一个发射机和至少一个接收机。例如，发射机发射磁信号，并且接收机接收磁信号并测量该磁信号。测量到的磁信号提供磁跟踪系统用来确定发射机相对于接收机的相对位置的信息(反之亦然)。如果发射机或接收机附接到另一设备(例如，被跟踪设备)，则磁跟踪系统可以确定被跟踪设备在磁跟踪系统的环境中的相对位置。在一些实现方式中，磁跟踪系统可以检测由于环境中的金属对象而引起的磁信号中的畸变。用于跟踪对象的许多附加应用是已知的。

该文档中描述的磁跟踪系统包括磁跟踪设备，该磁跟踪设备包括磁信号接收机和非磁信号接收机。非磁跟踪设备可以包括视觉跟踪设备，例如，相机。非磁跟踪设备被配置为测量除了由磁跟踪设备测量的磁信号之外的附加数据。磁跟踪系统被配置为使用附加数据(例如，视觉数据)来确定磁信号在磁跟踪系统的环境中如何畸变。更具体地，磁跟踪系统被配置为使用这些位置处的附加数据作为地面真值(ground truth)信号来将这些畸变映射到环境中的位置。

通常，磁跟踪系统被配置为例如通过检测由发射机组装件发射的磁信号来确定一个或多个被跟踪对象相对于发射机组装件的位置。通常，磁跟踪系统的环境中的对象会引起由发射机发射的磁场在环境的一个或多个区域中畸变。这些畸变可以引起在估计被跟踪对象的定位时出现错误。确定磁跟踪系统的环境中的尽可能多的位置处的这些失真是什么，并且在跟踪被跟踪物体期间对失真进行补偿是有用的。

为了确定畸变，磁跟踪系统执行校准过程。磁跟踪系统映射由接收机在环境中的不同位置处测量到的磁信号，并且将测量到的磁信号与这些位置的期望的未畸变的信号进行比较。测量到的磁信号的确切位置由一种或多种非磁技术(例如，通过视觉技术、超声波信号、无线电信号等)确定。一旦接收机测量磁信号的位置已知，磁跟踪系统就可以确定每个位置的磁信号的畸变。

通常，磁跟踪系统可以使用被放置在环境周围的视觉图标来确定接收机在各个位置处的位置。在一些实现方式中，发射机可以耦合到相机并且接收机位置是固定的。视觉图标可以被放置在环境中的已知位置处，并且耦合到磁接收机的相机被配置为当接收机在环境周围移动时查看图标。视觉跟踪系统为接收机提供位置估计。磁跟踪系统确定在估计位置处测量到的磁信号与在该位置处的期望的磁信号(就好像发射机的磁信号未畸变一样)之间的差异。对于环境中的接收机的任何位置，这种未畸变的期望的磁信号可以是已知的。在一些实现方式中，可以基于接收指示磁信号的发射机在环境中的位置的输入来确定期望的磁信号。

本文描述的技术包括以下优点中的一个或多个。磁跟踪系统被配置为通过补偿磁信号中的畸变来更准确地确定被跟踪设备的定位。在磁跟踪系统的环境周围放置视觉标记以建立视觉参考系是补偿磁畸变的相对低成本的解决方案。